专利名称：一种磁开关式短路电流故障检测方法及用于该方法的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种短路电流故障检测方法及用于该方法的装置，尤其是涉及一种磁开关式短路电流故障检测方法及用于该方法的装置。
背景技术：
近年来，随着我国经济持续高速增长，用电需求量不断增加，电力系统的规模日益增大。由于单机和发电厂容量、变电站容量、城市和工业中心的负荷和负荷密度不断增加，以及电力系统之间的互联和大区域电网的形成，导致了现代电力系统各级电网中的短路电流水平不断增加，部分地区的短路电流水平已经达到甚至超过断路器的遮断容量，而且上 升趋势越来越明显，严重威胁到系统的安全运行。采取适当措施限制短路电流势在必行。在众多短路电流限制措施中，故障限流器Fault Current Limiter, FCL以其优越的综合性能、广阔的应用前景受到越来越多人的关注，已成为故障限流技术领域热点之一。目前国内外的故障限流器按其工作方式可分为两类一是基于“开关技术”的故障限流器，包括GTO固态故障限流器、谐振型故障限流器、串联补偿型故障限流器、基于TPSC技术串联谐振型故障限流器等。这类故障限流器主要以大功率电力电子开关作为主旁路技术，要制作高电压大容量故障限流器往往需要多个器件的串、并联，损耗大、造价昂贵、可靠性也难以保障。二是基于元件突增特性的故障限流器，包括超导型故障限流器、PTC故障限流器等。这类基于新材料、新技术发展起来的故障限流器、高压限流熔断器等，由于受材料物理特性制约，允许的最大电流值非常有限，存在恢复时间，且受发热影响大，不能多次反复使用，远不能满足电力系统高电压大容量的需求。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种结构简单、响应速度快，与继电保护装置相配合，可以快速有效的限制系统短路电流，满足限流的技术要求，且易于高压大容量化，满足电力系统的发展要求的一种磁开关式短路电流故障检测方法及用于该方法的装置。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种磁开关式短路电流故障检测方法，其特征在于，具体方法如下将电压互感器PT、电流互感器CT接到被测三相高压母线上，将电压互感器PT、电流互感器CT分别通过A/D转换器接到CPU控制芯片上，将CPU控制芯片通过一个直流偏置电流控制电路与一个磁开关式短路故障限流器连接，所述磁开关式短路故障限流器连接到三相高压母线的各相母线；检测时电压互感器PT、电流互感器CT检测高压母线上的电压和电流信号，经A/D转换器传输给(PU控制芯片，由CPU控制芯片根据已检测到的电压电流信号进行判断，并根据判断结果，并发送相应的信号到直流偏置电流控制电路后选择执行以下步骤选择步骤1，若系统正常运行，由CPU控制芯片发出信号给直流偏置电流控制电路，由直流偏置电流控制电路控制磁开关式短路故障限流器中的直流电源Ek产生一个很大的直流偏置电流ik，在该偏置电流的作用下限流器的铁芯达到深度饱和状态，此时工作绕组的电抗值很小，相当于磁开关“闭合”，限流电感Ltl被短接；选择步骤2，若CPU控制芯片根据已检测到的电压、电流信号判断系统发生短路故障，则由CPU发送信号到直流偏置电流控制电路，由直流偏置电流控制电路控制磁开关式短路故障限流器中的直流电源Ek产生一个很小的直流偏置电流ik，使铁芯快速退出饱和，此时工作绕组的电抗值非常大，磁开关相当于“断开”，限流电感Ltl接入短路回路中。一种用于磁开关式短路电流故障检测方法的磁开关式短路故障限流器，其特征在于，该磁开关式短路故障限流器包括三个子限流器，即第一子限流器、第二子限流器以及第三子限流器；所述三个子限流器均包括上下两个平行设置的铁轭以及设置在铁轭之间并铁轭垂直设置的四根铁柱，即第一铁柱、第二铁柱、第三铁柱以及第四铁柱；所述第二铁柱和第三铁柱上均绕制有直流绕组，所述的直流绕组外层绕制有一个交流绕组；所述直流绕组的通过直流组件组成一个电路回路。在上述的用于磁开关式短路电流故障检测方法的磁开关式短路故障限流器，所述直流组件包括一个依次串联的一个直流电源Ek和一个限流电感Ltl ;上述第二铁柱上直流绕组两个首端的其中一端与第三铁柱上直流绕组的两个首端的其中一端串联；第二铁柱上直流绕组两个首端的另一端与第三铁柱上直流绕组的两个首端的另一端接依次串联的直流电源Ek和限流电感Ltl后组成电路回路；所述交流绕组的首端的两个引出分别接被测高压母线。一种用于磁开关式短路电流故障检测方法的磁开关式短路故障限流器，其特征在于，包括上下两个平行设置的铁轭片以及设置在铁轭片之间并铁轭片垂直设置的八根铁柱，即第五铁柱、第六铁柱、第七铁柱、第八铁柱、第九铁柱、第十铁柱、第十一铁柱以及第十二铁柱；所述第六铁柱、第七铁柱、第八铁柱、第九铁柱、第十铁柱以及第十一铁柱均绕制有直流绕组，即第一直流绕组、第二直流绕组、第三直流绕组、第四直流绕组、第五直流绕组以及第六直流绕组；所述的第一直流绕组和第二直流绕组外层绕制有一个第一交流绕组；所述的第三直流绕组和第四直流绕组外层绕制有一个第二交流绕组；所述的第五直流绕组和第六直流绕组外层绕制有一个第三交流绕组；所述第一直流绕组和第二直流绕组的通过第一直流组件组成一个电路回路；所述第三直流绕组和第四直流绕组的通过第二直流组件组成一个电路回路；所述第五直流绕组和第六直流绕组的通过第三直流组件组成一个电路回路；所述第一交流绕组、第二交流绕组以及第三交流绕组分别接被测高压母线的三相母线。在上述的用于磁开关式短路电流故障检测方法的磁开关式短路故障限流器，所述第一直流组件包括一个依次串联的一个直流电源Ek和一个限流电感Ltl ;上述第六铁柱上第一直流绕组两个首端的其中一端与第七铁柱上第二直流绕组的两个首端的其中一端串联；第六铁柱上第一直流绕组两个首端的另一端与第七铁柱上第二直流绕组的两个首端的另一端接依次串联的直流电源Ek和限流电感Ltl后组成电路回路。在上述的用于磁开关式短路电流故障检测方法的磁开关式短路故障限流器，所述第二直流组件包括一个依次串联的一个直流电源Ek和一个限流电感Ltl ;上述第八铁柱上第三直流绕组两个首端的其中一端与第九铁柱上第四直流绕组的两个首端的其中一端串联；、第八铁柱上第三直流绕组两个首端的另一端与第九铁柱上第四直流绕组的两个首端的另一端接依次串联的直流电源Ek和限流电感Ltl后组成电路回路。在上述的用于磁开关式短路电流故障检测方法的磁开关式短路故障限流器，所述第二直流组件包括一个依次串联的一个直流电源Ek和一个限流电感Ltl ;上述第十铁柱上第五直流绕组两个首端的其中一端与第十一铁柱上第六直流绕组的两个首端的其中一端串联；第十铁柱上第五直流绕组两个首端的另一端与第十一铁柱上第六直流绕组的两个首端的另一端接依次串联的直流电源Ek和限流电感Ltl后组成电路回路。因此，本发明具有如下优点结构简单、响应速度快，与继电保护装置相配合，可以快速有效的限制系统短路电流，满足限流的技术要求，且易于高压大容量化，满足电力系统的发展要求。
图I是本发明的单相结构图示意图。图2是本发明的三相结构图示意图。图3是本发明接线原理示意图。图4是本发明控制系统框图。图5是本发明控制流程示意图。
具体实施例方式下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，铁轭I、第一铁柱2、第二铁柱3、第三铁柱4、第四铁柱5、铁轭片6、第五铁柱7、第六铁柱8、第七铁柱9、第八铁柱10、第九铁柱11、第十铁柱12、第十一铁柱13、第十二铁柱14、第一直流绕组15、第二直流绕组16、第三直流绕组17、第四直流绕组18、第五直流绕组19、第六直流绕组20、第一交流绕组21、第二交流绕组22、第三交流绕组23。实施例I :如图I所示，采用三个图I所示的子限流器，三个子限流器的直流绕组分别通过直流组件组成回路，三个子限流器交流绕组分别接高压母线的三相母线，然后将电压互感器PT、电流互感器CT接到被测三相高压母线上，将电压互感器PT、电流互感器CT分别通过A/D转换器接到CPU控制芯片上，将CPU控制芯片通过一个直流偏置电流控制电路与一个磁开关式短路故障限流器连接，磁开关式短路故障限流器连接到三相高压母线的各相母线；检测时电压互感器PT、电流互感器CT检测高压母线上的电压和电流信号，经A/D转换器传输给CPU控制芯片，由CPU控制芯片根据已检测到的电压电流信号进行判断，并根据判断结果，并发送相应的信号到直流偏置电流控制电路后选择执行以下步骤选择步骤1，若系统正常运行，由CPU控制芯片发出信号给直流偏置电流控制电路，由直流偏置电流控制电路控制磁开关式短路故障限流器中的直流电源Ek产生一个很大的直流偏置电流ik，在该偏置电流的作用下限流器的铁芯达到深度饱和状态，此时工作绕组的电抗值很小，相当于磁开关“闭合”，限流电感Ltl被短接；选择步骤2，若CPU控制芯片根据已检测到的电压、电流信号判断系统发生短路故障，则由CPU发送信号到直流偏置电流控制电路，由直流偏置电流控制电路控制磁开关式短路故障限流器中的直流电源Ek产生一个很小的直流偏置电流ik，使铁芯快速退出饱和，此时工作绕组的电抗值非常大，磁开关相当于“断开”，限流电感Ltl接入短路回路中。实施例2，对于高压电压负荷不高的被测母线，可以采用如图2的结构，直流绕组分别通过直流组件组成回路，交流绕组分别接高压母线的三相母线，然后将电压互感器PT、电流互感器CT接到被测三相高压母线上，将电压互感器PT、电流互感器CT分别通过A/D转换器接到CPU控制芯片上，将CPU控制芯片通过一个直流偏置电流控制电路与一个磁开关式短路故障限流器连接，磁开关式短路故障限流器连接到三相高压母线的各相母线；检测时电压互感器PT、电流互感器CT检测高压母线上的电压和电流信号，经A/D转换器传输给CPU控制芯片，由CPU控制芯片根据已检测到的电压电流信号进行判断，并根据判断结果，并发送相应的信号到直流偏置电流控制电路后选择执行以下步骤 选择步骤1，若系统正常运行，由CPU控制芯片发出信号给直流偏置电流控制电路，由直流偏置电流控制电路控制磁开关式短路故障限流器中的直流电源Ek产生一个很大的直流偏置电流ik，在该偏置电流的作用下限流器的铁芯达到深度饱和状态，此时工作绕组的电抗值很小，相当于磁开关“闭合”，限流电感Ltl被短接；选择步骤2，若CPU控制芯片根据已检测到的电压、电流信号判断系统发生短路故障，则由CPU发送信号到直流偏置电流控制电路，由直流偏置电流控制电路控制磁开关式短路故障限流器中的直流电源Ek产生一个很小的直流偏置电流ik，使铁芯快速退出饱和，此时工作绕组的电抗值非常大，磁开关相当于“断开”，限流电感Ltl接入短路回路中。磁开关式短路电流限流器响应速度快，与继电保护装置相配合，可以快速有效的限制系统短路电流，满足限流的技术要求。采用本发明的装置以及方法后，I、当电网正常运行时，磁开关“闭合”，限流电感被短接，短路电流限流器呈低阻抗状态，电压损耗小，不影响电网的运行状态。2、当电网发生短路故障时，磁开关“断开”，限流电感接入短路回路，有效限制短路电流。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。尽管本文较多地使用了铁轭I、第一铁柱2、第二铁柱3、第三铁柱4、第四铁柱5、铁轭片6、第五铁柱7、第六铁柱8、第七铁柱9、第八铁柱10、第九铁柱11、第十铁柱12、第十一铁柱13、第十二铁柱14、第一直流绕组15、第二直流绕组16、第三直流绕组17、第四直流绕组18、第五直流绕组19、第六直流绕组20、第一交流绕组21、第二交流绕组22、第三交流绕组23等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
权利要求
1.一种磁开关式短路电流故障检测方法，其特征在于，具体方法如下将电压互感器PT、电流互感器CT接到被测三相高压母线上，将电压互感器PT、电流互感器CT分别通过A/D转换器接到CPU控制芯片上，将CPU控制芯片通过一个直流偏置电流控制电路与一个磁开关式短路故障限流器连接，所述磁开关式短路故障限流器连接到三相高压母线的各相母线；检测时电压互感器PT、电流互感器CT检测高压母线上的电压和电流信号，经A/D转换器传输给(PU控制芯片，由CPU控制芯片根据已检测到的电压电流信号进行判断，并根据判断结果，并发送相应的信号到直流偏置电流控制电路后选择执行以下步骤 选择步骤1，若系统正常运行，由CPU控制芯片发出信号给直流偏置电流控制电路，由直流偏置电流控制电路控制磁开关式短路故障限流器中的直流电源Ek产生一个很大的直流偏置电流ik，在该偏置电流的作用下限流器的铁芯达到深度饱和状态，此时工作绕组的电抗值很小，相当于磁开关“闭合”，限流电感Ltl被短接； 选择步骤2，若CPU控制芯片根据已检测到的电压、电流信号判断系统发生短路故障，则由CPU发送信号到直流偏置电流控制电路，由直流偏置电流控制电路控制磁开关式短路 故障限流器中的直流电源Ek产生一个很小的直流偏置电流ik，使铁芯快速退出饱和，此时工作绕组的电抗值非常大，磁开关相当于“断开”，限流电感Ltl接入短路回路中。
2.一种用于权利要求I所述的磁开关式短路电流故障检测方法的磁开关式短路故障限流器，其特征在于，该磁开关式短路故障限流器包括三个子限流器，即第一子限流器、第二子限流器以及第三子限流器；所述三个子限流器均包括上下两个平行设置的铁轭(I)以及设置在铁轭(I)之间并铁轭(I)垂直设置的四根铁柱，即第一铁柱(2)、第二铁柱(3)、第三铁柱(4)以及第四铁柱(5);所述第二铁柱(3)和第三铁柱(4)上均绕制有直流绕组，所述的直流绕组外层绕制有一个交流绕组；所述直流绕组的通过直流组件组成一个电路回路。
3.根据权利要求I所述的用于磁开关式短路电流故障检测方法的磁开关式短路故障限流器，其特征在于，所述直流组件包括一个依次串联的一个直流电源Ek和一个限流电感Ltl;上述第二铁柱(3)上直流绕组两个首端的其中一端与第三铁柱(4)上直流绕组的两个首端的其中一端串联；第二铁柱(3)上直流绕组两个首端的另一端与第三铁柱(4)上直流绕组的两个首端的另一端接依次串联的直流电源Ek和限流电感Ltl后组成电路回路；所述交流绕组的首端的两个引出分别接被测高压母线。
4.一种用于权利要求I所述的磁开关式短路电流故障检测方法的磁开关式短路故障限流器，其特征在于，包括上下两个平行设置的铁轭片(6)以及设置在铁轭片(6)之间并铁轭片(6)垂直设置的八根铁柱，即第五铁柱(7)、第六铁柱(8)、第七铁柱(9)、第八铁柱(10)、第九铁柱(11)、第十铁柱(12)、第十一铁柱(13)以及第十二铁柱(14);所述第六铁柱(8)、第七铁柱(9)、第八铁柱(10)、第九铁柱(11)、第十铁柱(12)以及第i^一铁柱(13)均绕制有直流绕组，即第一直流绕组(15)、第二直流绕组(16)、第三直流绕组(17)、第四直流绕组(18)、第五直流绕组(19)以及第六直流绕组(20);所述的第一直流绕组(15)和第二直流绕组(16)外层绕制有一个第一交流绕组(21);所述的第三直流绕组(17)和第四直流绕组(18)外层绕制有一个第二交流绕组(22);所述的第五直流绕组(19)和第六直流绕组(20)外层绕制有一个第三交流绕组(23);所述第一直流绕组(15)和第二直流绕组(16)的通过第一直流组件组成一个电路回路；所述第三直流绕组(17)和第四直流绕组(18)的通过第二直流组件组成一个电路回路；所述第五直流绕组(19)和第六直流绕组(20)的通过第三直流组件组成一个电路回路；所述第一交流绕组(22)、第二交流绕组(23)以及第三交流绕组(23)分别接被测高压母线的三相母线。
5.根据权利要求I所述的用于磁开关式短路电流故障检测方法的磁开关式短路故障限流器，其特征在于，所述第一直流组件包括一个依次串联的一个直流电源Ek和一个限流电感Ltl ;上述第六铁柱(8)上第一直流绕组(15)两个首端的其中一端与第七铁柱(9)上第二直流绕组(16)的两个首端的其中一端串联；第六铁柱(8)上第一直流绕组(15)两个首端的另一端与第七铁柱(9)上第二直流绕组(16)的两个首端的另一端接依次串联的直流电源Ek和限流电感Ltl后组成电路回路。
6.根据权利要求I所述的用于磁开关式短路电流故障检测方法的磁开关式短路故障限流器，其特征在于，所述第二直流组件包括一个依次串联的一个直流电源Ek和一个限流电感Ltl;上述第八铁柱(10)上第三直流绕组(17)两个首端的其中一端与第九铁柱(11)上第四直流绕组(18)的两个首端的其中一端串联；第八铁柱(10)上第三直流绕组(17)两个首端的另一端与第九铁柱(11)上第四直流绕组(18)的两个首端的另一端接依次串联的直流电源Ek和限流电感Ltl后组成电路回路。
7.根据权利要求I所述的用于磁开关式短路电流故障检测方法的磁开关式短路故障限流器，其特征在于，所述第二直流组件包括一个依次串联的一个直流电源Ek和一个限流电感Ltl;上述第十铁柱(12)上第五直流绕组(19)两个首端的其中一端与第十一铁柱(13)上第六直流绕组(20)的两个首端的其中一端串联；第十铁柱(12)上第五直流绕组(19)两个首端的另一端与第十一铁柱(13)上第六直流绕组(20)的两个首端的另一端接依次串联的直流电源Ek和限流电感Ltl后组成电路回路。
全文摘要
本发明涉及一种短路电流故障检测方法及用于该方法的装置，尤其是涉及一种磁开关式短路电流故障检测方法及用于该方法的装置。系统运行时，电压互感器PT、电流互感器CT检测高压母线上的电压和电流信号，经A/D转换器传输给CPU，由CPU根据已检测到的电压电流信号进行判断，并发送相应的信号到直流偏置电流控制电路，直流偏置电流控制电路通过控制一个磁开关式短路故障限流器控制被测高压母线的电流大小。因此，本发明具有如下优点结构简单、响应速度快，与继电保护装置相配合，可以快速有效的限制系统短路电流，满足限流的技术要求，且易于高压大容量化，满足电力系统的发展要求。
文档编号H02H9/02GK102723704SQ20121019493
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者田翠华, 袁佳歆, 陈柏超 申请人:武汉大学